[實(shí)用新型]一種六維力傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720077389.9
• 申請(qǐng)日: 2017-01-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206488878U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王勇;王淮陽(yáng);胡珊珊;陳恩偉;劉正士
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01L5/16
• 分類(lèi)號(hào): G01L5/16
• 代理公司: 安徽省合肥新安專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司34101
• 代理人: 何梅生

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)是可用于測(cè)量空間六維力的傳感器。

背景技術(shù)

多維力傳感器是機(jī)器人獲得與環(huán)境之間作用力的重要信息來(lái)源。目前已有多方面的多維力傳感器的研究，如美國(guó)DraPer研究所研制的Waston多維力傳感器，中科院合肥智能所和東南大學(xué)聯(lián)合研制的SAFMS型多維力傳感器，基于Stewart平臺(tái)的多維力傳感器，黃心漢教授研究的HUST FS6型多維力傳感器，德國(guó)的Dr.R.Seitner公司設(shè)計(jì)的二級(jí)并聯(lián)結(jié)構(gòu)型六維力傳感器等等。國(guó)內(nèi)外對(duì)多維力傳感器做了大量的研究，所設(shè)計(jì)的多維力傳感器多種多樣，各有不同的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合，但多維力傳感器的解耦、剛度與靈敏度的矛盾等問(wèn)題還需得到進(jìn)一步的研究。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種具有新的結(jié)構(gòu)形式的六維力傳感器，用于實(shí)現(xiàn)六維力傳感器在結(jié)構(gòu)上解耦，且在提高傳感器靈敏度的同時(shí)保證傳感器的剛度。

本實(shí)用新型為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：

本實(shí)用新型六維力傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：具有周向支撐、中心臺(tái)和徑向梁；所述徑向梁均勻分布在中心臺(tái)的周邊，徑向梁的一端與中心臺(tái)的外側(cè)壁呈“T”形連接，徑向梁的另一端與周向支撐的內(nèi)側(cè)壁呈“T”型連接，在所述徑向梁上設(shè)有梁通孔，以使應(yīng)力集中于梁通孔的兩側(cè)。

本實(shí)用新型六維力傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：所述徑向梁共有四只，四只徑向梁以中心臺(tái)的中心為中心，呈“十”字分布。

本實(shí)用新型六維力傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：所述中心臺(tái)和各徑向梁均呈水平狀態(tài)；以中心臺(tái)的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立三維坐標(biāo)系，在所述三維坐標(biāo)系中，四根徑向梁中第一梁處在X軸正向上，第二梁處在Y軸正向上，第三梁處在X軸負(fù)向上，第四梁處在Y軸負(fù)向上；Z軸向?yàn)樨Q向。

本實(shí)用新型六維力傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：所述徑向梁上有一個(gè)豎向通孔和兩個(gè)水平通孔，布置方式有兩種；

方式一：在各徑向梁上，處在遠(yuǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)的一端設(shè)置有豎向徑向梁?jiǎn)瓮祝惶幵诳拷鴺?biāo)原點(diǎn)的一端設(shè)置有第一水平徑向梁通孔，處在第一水平徑向梁通孔遠(yuǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)的一側(cè)并列有第二水平徑向梁通孔，所述第一水平徑向梁通孔與第二水平徑向梁通孔相互連通形成為水平雙通孔；

方式二：在各徑向梁上，處在徑向梁中間位置上設(shè)置有豎向徑向梁?jiǎn)瓮祝惶幵诳拷鴺?biāo)原點(diǎn)的一端設(shè)置有第一水平徑向梁通孔，處在遠(yuǎn)離坐標(biāo)原點(diǎn)的一端設(shè)置有第二水平徑向梁通孔；

所述四只徑向梁上第一水平徑向梁通孔處在“十”字對(duì)稱(chēng)的位置上，四只徑向梁上第二水平徑向通孔亦處在“十”字對(duì)稱(chēng)的位置上；四只徑向梁上豎向徑向梁?jiǎn)瓮滓嗵幵凇笆弊謱?duì)稱(chēng)位置上。

本實(shí)用新型六維力傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于：在所述徑向梁的表面按如下形式分布應(yīng)變片：

方式一：

應(yīng)變片R11、R12、R13和R14構(gòu)成第一惠斯通全橋電路，所述應(yīng)變片R11、R12、R13和R14用于檢測(cè)X軸方向上的應(yīng)變，并以此獲得Z軸方向力F_z；其中，應(yīng)變片R11和R12上下對(duì)稱(chēng)地位于第三梁中對(duì)應(yīng)于第二水平徑向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；應(yīng)變片R13和R14上下對(duì)稱(chēng)地位于第一梁中對(duì)應(yīng)于第二水平徑向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；

應(yīng)變片R21、R22、R23和R24構(gòu)成第二惠斯通全橋電路，所述應(yīng)變片R21、R22、R23和R24用于檢測(cè)X軸方向上的應(yīng)變，并以此獲得Y軸方向力矩M_y；其中，應(yīng)變片R21和R22上下對(duì)稱(chēng)地位于第三梁中對(duì)應(yīng)于第一水平徑向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；應(yīng)變片R23和R24上下對(duì)稱(chēng)地位于第一梁中對(duì)應(yīng)于第一水平徑向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；

應(yīng)變片R31、R32、R33和R34構(gòu)成第三惠斯通全橋電路，所述應(yīng)變片R31、R32、R33和R34用于檢測(cè)Y軸方向上的應(yīng)變，并以此獲得X軸方向力矩M_x；其中，應(yīng)變片R31和R32上下對(duì)稱(chēng)地位于第二梁中對(duì)應(yīng)于第一水平徑向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；應(yīng)變片R33和R34上下對(duì)稱(chēng)地位于第四梁中對(duì)應(yīng)于第一水平徑向梁通孔所在位置上的上表面和下表面；

方式二：